RU2715820C1 - Self-propelled machine with electrical drive system - Google Patents
Self-propelled machine with electrical drive system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2715820C1 RU2715820C1 RU2019125214A RU2019125214A RU2715820C1 RU 2715820 C1 RU2715820 C1 RU 2715820C1 RU 2019125214 A RU2019125214 A RU 2019125214A RU 2019125214 A RU2019125214 A RU 2019125214A RU 2715820 C1 RU2715820 C1 RU 2715820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- self
- electric
- propelled machine
- drive
- processor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
- B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
- B60K17/28—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of power take-off
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
- B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
- B60W40/114—Yaw movement
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к самоходным транспортным и рабочим машинам, оснащенным собственными источниками энергии, электромеханической трансмиссией и приводами вспомогательных устройств, в том числе к тракторам, тягачам, сельскохозяйственным, строительно-дорожным и землеройно-транспортным машинам.The invention relates to self-propelled transport and working vehicles equipped with their own energy sources, electromechanical transmission and auxiliary devices drives, including tractors, tractors, agricultural, road construction and earth moving vehicles.
Известно транспортное средство с электротягой, в котором каждый из электроприводов движения содержит блок управления, силовой преобразователь и первый электромеханический блок, в состав которого входит исполнительный двигатель, редуктор и механический тормоз (RU 2022824 C1, B60L 11/00, 15.11.1994).A vehicle with electric traction is known in which each of the electric movement drives contains a control unit, a power converter and a first electromechanical unit, which includes an executive motor, a gearbox and a mechanical brake (RU 2022824 C1,
Его недостатком является высокая сложность конструкции и невысокая надежность, обусловленные наличием большого количества электрических и механических компонентов, а также ограниченные функциональные возможности, поскольку на этом транспортном средстве электрический привод используется только для обеспечения его движения.Its disadvantage is the high design complexity and low reliability due to the presence of a large number of electrical and mechanical components, as well as limited functionality, since this vehicle uses an electric drive only to ensure its movement.
Известны также электрические транспортные средства с функцией привода рабочего оборудования через вал отбора мощности (ВОМ), соединенный с электродвигателем (ЭД) привода хода. (ЕР 1805053 A1, B60K 17/28, B60L 50/30, 11.07.2007; KR 20180069512 А, B60K 17/02, B60K 17/22, B60K 17/28, B60L 11/18, F16H 1/14, 25.06.2018).Also known are electric vehicles with the function of driving the working equipment via a power take-off shaft (PTO) connected to an electric motor (ED) of the drive. (EP 1805053 A1, B60K 17/28, B60L 50/30, 07/11/2007; KR 20180069512 A, B60K 17/02, B60K 17/22, B60K 17/28,
Недостатком этих транспортных средств является невысокие функциональные возможности, поскольку реализация отбора мощности на ВОМ от ЭД привода хода приводит к невозможности регулирования режимов работы рабочего оборудования независимо от управления движением транспортного средства.The disadvantage of these vehicles is their low functionality, since the implementation of power take-off on the PTO from the drive of the drive leads to the inability to control the operating modes of the working equipment regardless of the control of the vehicle.
Известен также электрический трактор, содержащий источник электрической энергии (аккумулятор), электродвигатели привода хода и ВОМ с контроллерами, сцепление, коробку передач, две раздаточные коробки, главный редуктор, дифференциал и силовой ответвитель. На этом тракторе предусмотрены независимое управление двумя ЭД от различных контроллеров (инверторов), а также возможность механического переключения режимов работы ЭД с направлением их потоков мощности либо на привод хода трактора, либо на ВОМ (CN 108146212 А, B60K 1/02, B60K 17/28, B60K 25/06, 12.06.2018; JP 2014143965 А, А01В 71/00, B60K 17/28, B60K 25/00, B60K 25/06, B60L 15/20, 14.08.2014).Also known is an electric tractor containing an electric energy source (battery), electric motors of the drive and PTO with controllers, a clutch, a gearbox, two transfer boxes, a main gearbox, a differential and a power coupler. This tractor provides for independent control of two EDs from various controllers (inverters), as well as the possibility of mechanical switching of the ED operation modes with the direction of their power flows either to the tractor's drive path or to the PTO (CN 108146212 A,
В этой самоходной машине (тракторе) обеспечивается независимое управление приводом хода и ВОМ и, благодаря возможности работы двух ЭД на одну нагрузку, снижение установленной мощности ЭД. Однако реализация этого технического решения приводит к значительному усложнении трансмиссии трактора и снижению его надежности.This self-propelled machine (tractor) provides independent control of the drive and the PTO and, thanks to the possibility of two electric motors working on one load, reducing the installed electric power of the electric motor. However, the implementation of this technical solution leads to a significant complication of the transmission of the tractor and a decrease in its reliability.
Наиболее близкой к предложенной является самоходная машина (гусеничный трактор) с электрической системой привода - с электромеханической трансмиссией и электрическим приводом рабочего оборудования, содержащая бортовой источник электрической энергии, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС), механически соединенного с генератором, и/или аккумуляторной батареи, несколько электродвигателей (ЭД), приспособленных для привода гусениц машины и рабочего оборудования. Для управления каждым ЭД используется отдельный контроллер, соединенный с источником электрической энергии и содержащий процессор и силовой электронный коммутатор (RU 2547154 C1, B60K 17/14, B60L 7/20, B60L 11/00, B60K 6/00, 10.04.2015).Closest to the proposed one is a self-propelled machine (tracked tractor) with an electric drive system - with an electromechanical transmission and an electric drive of working equipment, containing an on-board source of electric energy, made in the form of an internal combustion engine (ICE), mechanically connected to a generator, and / or battery batteries, several electric motors (ED), adapted to drive the tracks of the machine and work equipment. To control each ED, a separate controller is used, connected to an electric energy source and containing a processor and a power electronic switch (RU 2547154 C1, B60K 17/14,
Использование для управления каждым ЭД отдельного контроллера с отдельными процессорами и отдельными силовыми электронными коммутаторами обеспечивает расширение функциональных возможностей этой системы за счет независимого управления каждым ЭД. Однако реализация этого технического решения приводит к значительному увеличению количества используемых компонентов, усложнению конструкции системы привода и снижению ее надежности.The use of a separate controller for controlling each ED with separate processors and separate power electronic switches provides the expansion of the functionality of this system due to the independent control of each ED. However, the implementation of this technical solution leads to a significant increase in the number of components used, complicating the design of the drive system and reducing its reliability.
Из анализа аналогов и прототипа следует, что в предшествующем уровне техники не решена техническая проблема создания самоходной машины с электрической системой привода, отличающаяся простотой конструкции, высокой надежностью и широкими функциональными возможностями. Задачей изобретения является создание такой машины.From the analysis of analogues and prototype it follows that in the prior art the technical problem of creating a self-propelled machine with an electric drive system, notable for its simplicity of design, high reliability and wide functionality, has not been solved. The objective of the invention is the creation of such a machine.
Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является упрощение конструкции и повышение надежности самоходной машины с электрической системой привода без снижения функциональных возможностей этой системы.The technical result provided by the invention is to simplify the design and increase the reliability of a self-propelled machine with an electric drive system without compromising the functionality of this system.
При этом под отсутствием снижения функциональных возможностей системы электропривода подразумевается возможность реализации электрическим приводом всех функций, которые необходимы для реализации самоходной машиной ее функционального назначения.Moreover, by the absence of a decrease in the functionality of the electric drive system, it is meant that the electric drive can realize all the functions that are necessary for the self-propelled machine to realize its functional purpose.
В самоходной машине с электрической системой привода, содержащей бортовой источник электрической энергии, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС), механически соединенного с генератором, и/или аккумуляторной батареи, несколько электродвигателей (ЭД), по меньшей мере один из которых приспособлен для привода ее ведущих колес или гусениц, и по меньшей мере один контроллер, соединенный с источником электрической энергии и содержащий процессор и силовой электронный коммутатор, указанный технический результат достигается за счет того, что процессор и силовой электронный коммутатор по меньшей мере одного контроллера выполнены с возможностью управления по меньшей мере двумя ЭД.In a self-propelled machine with an electric drive system containing an on-board source of electric energy, made in the form of an internal combustion engine (ICE), mechanically connected to a generator, and / or a battery, several electric motors (ED), at least one of which is adapted to drive its drive wheels or tracks, and at least one controller connected to a source of electrical energy and containing a processor and a power electronic switch, the specified technical result is achieved in due to the fact that the processor and the power electronic switch of at least one controller are configured to control at least two EDs.
Для достижения указанного технического результата в частных вариантах реализации изобретения:To achieve the specified technical result in private embodiments of the invention:
- процессор выполнен с возможность приема и обработки выходных сигналов датчиков положения ротора двух или более ЭД и формирования сигналов управления ЭД в зависимости от этих сигналов;- the processor is configured to receive and process the output signals of the rotor position sensors of two or more EDs and generate ED control signals depending on these signals;
- силовой электронный коммутатор содержит транзисторные ключи и обратные диоды, образующие N полумостов или несимметричных мостов, выходы которых через тиристоры соединены с обмоткам N-фазных ЭД, причем процессор выполнен с возможностью управления этими транзисторными ключами и тиристорами;- the power electronic switch contains transistor switches and reverse diodes forming N half-bridges or unbalanced bridges, the outputs of which are connected through thyristors to the windings of N-phase electric motors, the processor being configured to control these transistor switches and thyristors;
- самоходная машина дополнительно содержит по меньшей мере один ЭД привода ее рабочего оборудования и/или вентилятора и/или насоса системы охлаждения ДВС, а процессор и силовой электронный коммутатор по меньшей мере одного контроллера выполнены с возможностью управления двумя или более ЭД привода ее ведущих колес или гусениц, и/или рабочего оборудования, и/или вентилятора и/или насоса системы охлаждения ДВС;- the self-propelled machine further comprises at least one drive ED of its working equipment and / or fan and / or pump of the engine cooling system, and the processor and power electronic switch of at least one controller are configured to control two or more drive drives of its drive wheels or caterpillars, and / or working equipment, and / or a fan and / or pump of the engine cooling system;
- самоходная машина имеет электрический привод вала отбора мощности (ВОМ) и вентилятора системы охлаждения ДВС от одного ЭД;- the self-propelled machine has an electric drive of the power take-off shaft (PTO) and a fan of the engine cooling system from one electric motor;
- электродвигатель привода рабочего оборудования самоходной машины механически соединен с этим оборудованием через ВОМ и/или через одно или несколько механических и/или гидравлических передаточных устройств;- the drive motor of the working equipment of the self-propelled machine is mechanically connected to this equipment through the PTO and / or through one or more mechanical and / or hydraulic transmission devices;
- механическое крепление ЭД к самоходной машине и его электрическое соединение с контроллером выполнены быстроразъемным с возможностью перемещения и соединения этого электродвигателя с задним, или передним, или боковым ВОМ в процессе эксплуатации самоходной машины;- mechanical fastening of the ED to the self-propelled machine and its electrical connection with the controller are quick-disconnect with the ability to move and connect this electric motor to the rear, or front, or side PTO during the operation of the self-propelled machine;
- процессор выполнен с возможностью контроля скорости вращения и углового положения ротора каждого ЭД и формирования сигналов управления транзисторными ключами и тиристорами из условия увеличения крутящего/тормозного момента ЭД, имеющего соответственно наименьшую/наибольшую скорость вращения ротора и/или наибольшее отставание/опережение его углового положения относительно скорости вращения и углового положения ротора другого электродвигателя.- the processor is configured to control the rotational speed and angular position of the rotor of each ED and generate control signals for transistor switches and thyristors from the condition of increasing the torque / braking torque of the ED, which has the lowest / highest rotor speed and / or the largest lag / advance of its angular position relative to rotational speed and rotor angular position of another electric motor.
Реализация отличительных признаков независимого и зависимых пунктов формулы изобретения обеспечивает получение одного и того же технического результата.The implementation of the distinguishing features of the independent and dependent claims provides for the receipt of the same technical result.
В том числе реализация признака независимого пункта формулы изобретения, предусматривающего выполнение силового электронного коммутатора с возможностью управления двумя или более ЭД обеспечивает существенное упрощение конструкции и повышение надежности самоходной машины за счет значительного сокращения количества компонентов, используемых в этом коммутаторе. При этом конструктивное выполнение процессора с возможностью управления двумя или более ЭД позволяет обеспечить указанное упрощение конструкции и повышение надежности без снижения функциональных возможностей системы электропривода.Including the implementation of the feature of an independent claim, providing for the implementation of a power electronic switch with the ability to control two or more electric motors, provides a significant simplification of the design and increased reliability of the self-propelled machine due to a significant reduction in the number of components used in this switch. At the same time, the constructive design of the processor with the ability to control two or more EDs allows for the specified simplification of the design and increased reliability without compromising the functionality of the electric drive system.
Реализация отличительного признака зависимого пункта формулы изобретения, в соответствии с которым процессор выполнен с возможность приема и обработки выходных сигналов датчиков положения ротора двух или более ЭД и формирования сигналов управления ЭД в зависимости от этих сигналов обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности самоходной машины с электрической системой привода без снижения функциональных возможностей этой системы за счет сокращения аппаратных средств, необходимых для обработки сигналов этих датчиков без снижения возможностей реализации алгоритмов этой обработки.The implementation of the hallmark of the dependent claim, according to which the processor is configured to receive and process the output signals of the rotor position sensors of two or more EDs and generate ED control signals depending on these signals, simplifies the design and improves the reliability of a self-propelled machine with an electric drive system without reducing the functionality of this system by reducing the hardware required to process the signals of these sensors b Without reducing the possibility of implementing algorithms for this processing.
Реализация следующего отличительного признака зависимого пункта формулы изобретения, предусматривающего построение силового электронного коммутатора на основе транзисторных ключей и обратных диодов, образующих N полумостов или несимметричных мостов, выходы которых через тиристоры соединены с обмоткам N-фазных ЭД, обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности предложенного устройства за счет сокращения количества используемых силовых электронных компонентов и исключения необходимости применения электромеханических компонентов. При этом указанные соединения транзисторных ключей и тиристоров, а также их управление с помощью процессора, позволяют обеспечить указанное упрощение конструкции и повышение надежности без снижения функциональных возможностей электропривода.The implementation of the following distinctive feature of the dependent claim, which provides for the construction of a power electronic switch based on transistor switches and reverse diodes, forming N half-bridges or asymmetric bridges, the outputs of which are connected through thyristors to the windings of N-phase electric motors, which simplifies the design and improves the reliability of the proposed device for by reducing the number of power electronic components used and eliminating the need for electromechanical Components. At the same time, the indicated connections of transistor switches and thyristors, as well as their control with the help of the processor, allow providing the indicated simplification of the design and increasing reliability without reducing the functionality of the electric drive.
Самоходная машина с соответствии с другим отличительным признаком зависимого пункта формулы кроме ЭД привода ведущих колес или гусениц дополнительно содержит ЭД привода ее рабочего оборудования, а также вентилятора и/или насоса системы охлаждения ДВС. При этом, в частности, реализован электрический привод ВОМ и вентилятора системы охлаждения ДВС от одного ЭД. В этом случае достигается увеличение количества ЭД, имеющих групповое управление, что также обеспечивает указанное упрощение конструкции и повышение надежности самоходной машины без снижения функциональных возможностей ее системы электропривода.The self-propelled machine, in accordance with another distinguishing feature of the dependent claim, in addition to the drive ED of the drive wheels or tracks, additionally contains the drive ED of its working equipment, as well as the fan and / or pump of the engine cooling system. At the same time, in particular, an electric drive of the PTO and fan of the internal combustion engine cooling system from one ED was implemented. In this case, an increase in the number of EDs having group control is achieved, which also provides the indicated simplification of the design and increase the reliability of the self-propelled machine without reducing the functionality of its electric drive system.
Механическое соединение ЭД с приводом рабочего оборудования самоходной машины через ВОМ и/или через одно или несколько механических и/или гидравлических передаточных устройств позволяет устанавливать этот ЭД на самоходную машину не во всех случаях, а только в случае необходимости, что также обеспечивает достижение указанного технического результата.The mechanical connection of the ED with the drive of the working equipment of the self-propelled machine through the PTO and / or through one or more mechanical and / or hydraulic transmission devices allows you to install this ED on the self-propelled machine not in all cases, but only if necessary, which also ensures the achievement of the specified technical result .
Реализация быстроразъемного механического крепления ЭД к самоходной машине с возможностью перемещения и соединения этого электродвигателя с задним, или передним, или боковым ВОМ в процессе эксплуатации самоходной машины, предусмотренное следующим отличительным признаком зависимого пункта формулы, позволяет использовать один ЭД для привода двух или трех ВОМ, что также обеспечивает достижение указанного технического результата.The implementation of the quick-release mechanical fastening of the ED to the self-propelled machine with the ability to move and connect this electric motor to the rear, or front, or side PTO during operation of the self-propelled machine, provided for by the following distinguishing feature of the dependent claims, allows the use of one ED to drive two or three PTOs, which also ensures the achievement of the specified technical result.
В случае реализации последнего отличительного признака зависимого пункта формулы изобретения, согласно которому процессор обеспечивает контроль скорости вращения и углового положения ротора каждого ЭД и управление транзисторными ключами и тиристорами из условия увеличения крутящего/тормозного момента ЭД, имеющего соответственно наименьшую/наибольшую скорость вращения ротора и/или наибольшее отставание/опережение его углового положения относительно скорости вращения и углового положения ротора другого электродвигателя, упрощение конструкции и повышение надежности самоходной машины без снижения ее функциональных возможностей достигается за счет обеспечения возможности реализации алгоритмов группового управления с помощью одного контроллера.In the case of the implementation of the last distinguishing feature of the dependent claim, according to which the processor provides control of the rotational speed and angular position of the rotor of each ED and control of transistor switches and thyristors from the condition of increasing the torque / braking torque of the ED having the lowest / highest rotor speed and / or the largest lag / advance of its angular position relative to the speed of rotation and the angular position of the rotor of another electric motor is simplified e design and improve the reliability of the self-propelled machine without compromising its functionality is achieved by allowing the implementation of group control algorithms with a single controller.
В предложенной самоходной машине могут быть реализованы отличительные признаки, в том числе альтернативные, как независимого, так и зависимых пунктов формулы изобретения в их любом сочетании.The proposed self-propelled machine can be implemented distinctive features, including alternative, both independent and dependent claims in any combination thereof.
Для пояснения технической сущности, принципа действия и возможности осуществления предложенного устройства на фиг. 1 в качестве примера показана упрощенная схема электрической системы привода гусениц или колес самоходной машины с автономным источником энергии. На фиг. 2 приведен пример реализации контроллера, предназначенного для управления двумя трехфазными ЭД, а на фиг. 3 - пример реализации силового электронного коммутатора, обеспечивающего управления тремя четырехфазными ЭД.To clarify the technical nature, principle of operation and feasibility of the proposed device in FIG. 1 as an example, a simplified diagram of an electrical drive system of tracks or wheels of a self-propelled vehicle with an autonomous energy source is shown. In FIG. 2 shows an example implementation of a controller for controlling two three-phase electric motors, and in FIG. 3 - an example implementation of a power electronic switch that provides control of three four-phase electric motors.
Самоходная машина с электрической системой привода содержит бортовой источник электрической энергии 1, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС), механически соединенного с генератором, или аккумуляторной батареи (АКБ), или одновременно ДВС с генератором и АКБ. В состав машины входят несколько ЭД. Например, два электродвигателя 2, 3, показанные на фиг. 1, фиг. 2, три электродвигателя 2, 3, 4, показанные на фиг. 3 или большее количество ЭД.Self-propelled machine with an electric drive system contains an on-board source of
Предпочтительным является применение реактивных (индукторных, индукционных) электродвигателей (ВРД, ВИД, ВИРД), не имеющих постоянных магнитов и электромагнитов в роторе и статоре. Они содержат корпус, в котором размещены статор с полюсами и фазными обмотками, выполненными в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах магнитопровода статора, и ротор с зубчатым магнитопроводом. В англоязычной литературе такие ЭД называются электродвигателями с переменным магнитным сопротивлением: «Switched Reluctance Motor (SRM)».It is preferable to use reactive (induction, induction) electric motors (WFD, VID, VIRD) that do not have permanent magnets and electromagnets in the rotor and stator. They contain a housing in which the stator is placed with poles and phase windings made in the form of lumped coils placed at the poles of the stator magnetic circuit, and a rotor with a gear magnetic circuit. In the English language literature, such electric motors are called electric motors with variable magnetic resistance: “Switched Reluctance Motor (SRM)”.
Возможно также применение ЭД любого другого типа, в том числе асинхронных, синхронных с постоянными магнитами в роторе, именуемыми на английском языке «Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)», ЭД с поперечным магнитным потоком: «Transverse Flux Machine» (TFM) и т.д.It is also possible to use any other type of ED, including asynchronous, synchronous with permanent magnets in the rotor, referred to in English as “Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)”, transverse magnetic flux ED: “Transverse Flux Machine” (TFM), etc. .d.
Один или несколько ЭД, например 2, 3, используются для привода ведущих колес или гусениц 5, 6 самоходной машины. Соединение ЭД с ведущими звездочками или колесами 5, 6 может осуществляться непосредственно или через различные механические устройства (передачи)- бортовые редукторы, коробки передач, главную передачу, карданные валы, муфты, бортовые фрикционы и т.д. Торможение самоходной машины может осуществляться как с помощью ЭД, так и с помощью дополнительных фрикционных тормозов, соединенных с выходными валами ЭД, ведущими колесами, входными валами бортовых редукторов и т.п.One or more ED, for example 2, 3, are used to drive the drive wheels or
Системы электрического привода самоходной машины содержит также контроллеры, подключенные к источнику электрической энергии 1 и обеспечивающие управляемую передачу электрической энергии от этого источника на ЭД 2, 3 (фиг. 1, фиг. 2) или 2, 3, 4 (фиг. 3).The electric drive system of the self-propelled machine also contains controllers connected to an
Под контроллером в данном случае подразумевается аппарат управления для пуска, останова, реверсирования и регулирования скорости вращения электродвигателей. Он предназначен для управления ЭД и, в случае необходимости, другими устройствами путем получения информации в виде цифровых данных, аналоговых или дискретных сигналов от ЭД и внешних устройств, преобразования этой информации по специальному алгоритму и выдачи управляющих воздействий в виде цифровых или аналого-дискретных сигналов.In this case, a controller means a control apparatus for starting, stopping, reversing and controlling the speed of electric motors. It is designed to control the ED and, if necessary, other devices by obtaining information in the form of digital data, analog or discrete signals from the ED and external devices, converting this information according to a special algorithm and issuing control actions in the form of digital or analog-discrete signals.
Контроллер может именоваться также инвертором, блоком управления, преобразователем электрической энергии, частотным преобразователем, электронной системой управления и т.п.The controller may also be referred to as an inverter, a control unit, an electric energy converter, a frequency converter, an electronic control system, and the like.
По меньшей мере один контроллер 6 содержит процессор 7 и силовой электронный коммутатор 8, конструктивно реализованные с учетом возможности управления по меньшей мере двумя или более электродвигателями от одного контроллера, т.е. группового управления ЭД. Прочие контроллеры могут иметь аналогичную, либо любую другую конструкцию. Например, они могут обеспечивать управление одним ЭД, а также управление различными электрическими нагрузками системы электрооборудования самоходной машины - устройствами освещения, предпусковой подготовки и запуска ДВС, поддержания микроклимата в кабине и т.д.At least one
Возможны различные комбинации подключения электродвигателей различных приводов к одному контроллеру. Например, к одному контроллеру могут подключены один или два ЭД привода ведущих колес или гусениц и один ЭД привода рабочего оборудования. Возможно подключение к одному контроллеру одного ЭД вентилятора системы охлаждения ДВС и ЭД привода рабочего оборудования. К одному контроллеру могут быть также подключены ЭД насоса системы охлаждения ДВС и ЭД привода рабочего органа и т.д.Various combinations of connecting electric motors of various drives to one controller are possible. For example, one or two drive wheel or track drive ED drives and one work equipment drive ED can be connected to one controller. It is possible to connect to one controller one ED fan of the engine cooling system and the ED of the working equipment drive. The ED pump of the internal combustion engine cooling system and the working body drive ED, etc. can also be connected to one controller.
В отдельных случаях электрический привод различных узлов и агрегатов самоходной машины может осуществляться от одного ЭД. Допустимость такого совмещения определяется требованиями к алгоритмам управления этими узлами и агрегатами.In some cases, the electric drive of various components and assemblies of a self-propelled machine can be carried out from one ED. The admissibility of such a combination is determined by the requirements for the control algorithms of these nodes and units.
Например, если на самоходной машине должен постоянно работать ВОМ, либо если остановки ВОМ могут быть лишь кратковременными, то привод ВОМ может быть совмещен, например, с приводом вентилятора или насоса системы охлаждения ДВС. В этом случае выходной вал ЭД через механические передаточные устройства (ременные или зубчатые передачи, муфты, карданные валы и т.п.) соединяется с ВОМ и указанным вентилятором или насосом.For example, if the PTO must constantly operate on a self-propelled machine, or if the PTO stops can be only short-term, then the PTO drive can be combined, for example, with the drive of a fan or pump of the engine cooling system. In this case, the output shaft of the ED is connected through mechanical transmission devices (belt or gear drives, couplings, cardan shafts, etc.) to the PTO and the specified fan or pump.
Электродвигатель привода рабочего оборудования самоходной машины может быть механически соединен с этим оборудованием через ВОМ. Это соединение возможно через механические и/или гидравлические передаточные устройства - через муфту, редуктор, ременную передачу, карданный вал, гидронасос с гидроцилиндром и т.д.The drive motor of the working equipment of the self-propelled machine can be mechanically connected to this equipment through the PTO. This connection is possible through mechanical and / or hydraulic transmission devices - through a clutch, gearbox, belt drive, driveshaft, hydraulic pump with hydraulic cylinder, etc.
Под рабочим оборудованием в данном случае подразумевается комплект узлов и элементов, устанавливаемых на самоходную (базовую машину) для выполнения ее основной функции в соответствии с назначением машины. Например, рабочий орган, рычаги, гидроцилиндры, канатно-блочное устройство и т.п.In this case, working equipment is understood to mean a set of units and elements installed on a self-propelled (base machine) to perform its main function in accordance with the purpose of the machine. For example, a working body, levers, hydraulic cylinders, a cable-block device, etc.
Рабочее оборудование состоит из одного или нескольких рабочих органов, а также деталей и узлов, обеспечивающих его движение и ориентацию в пространстве. Рабочий орган взаимодействует со средой, для работы в которой создана самоходная машина (почвой, грунтом и т.д.), а соединительные и крепежные элементы (подвеска) обеспечивают его конструктивную связь с самоходной машиной. Рабочее оборудование оснащено силовой трансмиссией с электрическим приводом, снабжающей рабочий орган энергией и позволяющей управлять его положением в пространстве.The working equipment consists of one or several working bodies, as well as parts and assemblies that ensure its movement and orientation in space. The working body interacts with the environment for which a self-propelled machine was created (soil, soil, etc.), and the connecting and fastening elements (suspension) provide its constructive connection with the self-propelled machine. The working equipment is equipped with a power transmission with electric drive, supplying the working body with energy and allowing you to control its position in space.
Механическое крепление ЭД к самоходной машине, а также его электрическое соединение с контроллером, могут быть быстроразъемными для обеспечения возможности его перемещения в процессе эксплуатации машины и использования для привода различных узлов и механизмов. В частности, ЭД привода заднего ВОМ может быть отсоединен от него, перемещен на другое место крепления на самоходной машине и соединен с ее передним, или боковым ВОМ, причем как во время эксплуатации самоходной машины, так и во время ее подготовки к этой эксплуатации.The mechanical fastening of the ED to the self-propelled machine, as well as its electrical connection to the controller, can be quick-disconnect to ensure that it can be moved during operation of the machine and used to drive various components and mechanisms. In particular, the ED of the rear PTO drive can be disconnected from it, moved to another mounting location on the self-propelled machine and connected to its front or side PTO, both during the operation of the self-propelled machine and during its preparation for this operation.
Система электрического привода (электрооборудования) может содержать также различные датчики рабочих параметров самоходной машины, панель оператора, органы управления и т.д.The electric drive system (electrical equipment) may also contain various sensors of the operating parameters of the self-propelled machine, the operator panel, controls, etc.
Сигналы контроля и управления между контроллерами и другими электронными устройствами в этой системе могут предаваться как по отдельным проводам, так и по мультиплексной линии передачи информационных сигналов 9. Например, выполненной с использованием стандарта промышленной сети CAN (Controller Area Network - сеть контроллеров).Monitoring and control signals between controllers and other electronic devices in this system can be transmitted either via separate wires or via a multiplex line for transmitting information signals 9. For example, made using the standard industrial network CAN (Controller Area Network).
Процессор 7 выполнен, как правило, на основе программируемого микроконтроллера или цифрового сигнального процессора и может содержать одно или несколько процессорных ядер, интегрированную оперативную память и Flash-память программ, встроенные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), модули формирования широтно-модулированных сигналов (ШИМ), гальванически развязанные драйверы транзисторных ключей 10 и тиристоров 11 силового электронного коммутатора 8 и набор коммуникационных интерфейсов, обеспечивающих прием сигналов с датчиков положения ротора 12, 13 и датчиков тока и температуры фазных обмоток электродвигателей 2, 3 и обмен информацией по шине CAN 9 с другими составными частями системы электрического привода самоходной машины.The
Процессор реализован из условия обеспечения возможности быстрого захвата сигналов с датчиков положения ротора 12, 13 электродвигателей 2, 3, и датчиков тока в их фазных обмотках, контроля напряжения на этих обмотках и напряжения на шинах автономного источника энергии 1, формирования сигналов управления драйверами транзисторных ключей 10 и тиристоров 11 в ответ на изменения контролируемых параметров ЭД в реальном масштабе времени, защиты транзисторных ключей, тиристоров и обмоток ЭД от аварийных режимов (от перегрева, превышения тока и напряжения и т.п.), а также решения общих задач в системе электропривода.The processor is implemented from the condition of providing the ability to quickly capture signals from
Датчик положения ротора 12, 13 может быть выполнен в виде магнитного энкодера. В этом случае он содержит постоянный магнит с диаметральным намагничиванием, прикрепленный к торцу вала ротора, и микросхему магнитного энкодера. Возможна также реализация датчика положения ротора на основе вращающегося трансформатора, оптического энкодера, дискретных оптических или магнитных переключателей, например трех оптронов с открытым оптическим каналом или датчиков Холла.The
Транзисторные ключи 10 силового электронного коммутатора 8 выполнены, как правило, на биполярных транзисторах (модулях) с изолированным затвором (IGBT). Вместе с обратными диодами 14 они образуют N несимметричных мостов (фиг. 2) или N полумостов (фиг. 3), выходы которых через тиристоры 11 соединены с фазными обмоткам трехфазных или четырехфазных (N-фазных) электродвигателей.The transistor switches 10 of the power
На фиг. 2 показано подключение силового электронного коммутатора 8, реализованного по несимметричной мостовой схеме, к двум 3-фазным ЭД (обмотки фаз А1, B1, С1 первого ЭД и обмотки фаз А2, В2, С2 второго ЭД) (N=3), а на фиг. 3 - подключение коммутатора 8, реализованного на основе симметричных транзисторных полумостов, к трем 4-фазным вентильно-индукторным электродвигателям (обмотки фаз: A1, B1, C1, D1; А2, В2, С2, D2 и A3, B3, С3, D3).In FIG. 2 shows the connection of the power
В силовом электронном коммутаторе возможно как независимое управление каждым тиристором 11, так и групповое управление тиристорами, осуществляющими подключение каждого ЭД к транзисторным ключам, как это показано на фиг. 2.In the power electronic switch, it is possible to independently control each
Если в системе привода самоходной машины используют асинхронные ЭД, синхронные ЭД с постоянными магнитами в роторе (PMSM) или ЭД с поперечным магнитным потоком (TFM), то применяются симметричные тиристоры 11, проводящие ток в обоих направлениях, а транзисторные ключи и обратные диоды силового электронного коммутатора 8 соединены по схеме симметричных мостов или полумостов (фиг. 3).If the drive system of a self-propelled machine uses asynchronous electric motors, synchronous electric motors with permanent magnets in the rotor (PMSM) or electric transverse magnetic flux (TFM), then
Система электрооборудования (электрического привода) может содержать также различные дополнительные устройства и элементы, условно не показанные на чертеже. В том числе обеспечивающие контроль и защиту составных частей электрического привода, запуск ДВС, автоматизированное и дистанционное управление и т.д.The system of electrical equipment (electric drive) may also contain various additional devices and elements, conventionally not shown in the drawing. Including those providing control and protection of the components of the electric drive, the start of the internal combustion engine, automated and remote control, etc.
Предложенная самоходная машина с электрической системой привода работает следующим образом.The proposed self-propelled machine with an electric drive system operates as follows.
Перед началом движения машины оператор (машинист, тракторист и т.п.) с помощью пульта управления, условно не показанного на чертежах, осуществляет запуск ДВС, если бортовой источник электрической энергии выполнен на его основе. ДВС приводит во вращение ротор генератора. Его выходное напряжение с помощью силового выпрямителя (контроллера генератора) преобразуется в напряжение постоянного тока +U, -U, поступающее на силовые шины системы электрического привода и выводы питания контроллера 6. Если бортовой источник электрической энергии выполнен на основе аккумуляторной батареи (АКБ), то напряжение на силовые шины поступает от АКБ.Before the machine starts moving, the operator (driver, tractor driver, etc.), using the control panel, not shown conditionally in the drawings, starts the internal combustion engine if the on-board source of electrical energy is based on it. ICE drives the generator rotor. Its output voltage with the help of a power rectifier (generator controller) is converted into a DC voltage + U, -U, supplied to the power buses of the electric drive system and the power supply terminals of
Далее оператор с помощью пульта управления формирует сигналы задания скорости и направления движения самоходной машины.Next, the operator using the control panel generates signals to set the speed and direction of movement of the self-propelled machine.
Контроллер 6 работает по программе, записанной в памяти его микроконтроллера или цифрового сигнального процессора, и формирует сигналы на драйверы транзисторных ключей и тиристоров в соответствии с сигналами управления, полученными от пульта управления по шине CAN, сигналами датчиков положения роторов 12, 13, датчиков токов в фазных обмотках ЭД и других датчиков системы электропривода, условно не показанных на чертежах.
Драйверы в соответствии с полученными импульсами управления формируют напряжения на затворах транзисторных ключей 10 и токи управляющих электродов тиристоров 11, обеспечивая их включение/выключение в соответствующие моменты времени. Транзисторные ключи 10 через тиристоры 11 попеременно подключают фазные обмотки ЭД к силовым шинам +U, -U, обеспечивая преобразование напряжения постоянного тока +U, -U на силовых шинах в переменное напряжение или в однополярные импульсы регулируемой частоты, что приводит к протеканию тока по фазным обмоткам ЭД 2, 3 и возникновению крутящего момента ЭД.Drivers, in accordance with the received control pulses, generate voltages at the gates of the transistor switches 10 and currents of the control electrodes of the
Регулирование величины этого момента осуществляет путем изменения величины тока в фазных обмотках ЭД за счет изменения длительности или скважности включения транзисторных ключей 10 с учетом необходимых углов опережения их включения. В простейшем случае это осуществляется путем реализации гистерезисного регулятора - включения и отключения транзисторных ключей в зависимости о величин токов в фазных обмотках.The magnitude of this moment is controlled by changing the magnitude of the current in the phase windings of the ED by changing the duration or duty cycle of turning on the transistor switches 10, taking into account the necessary angles of advance of their inclusion. In the simplest case, this is done by implementing a hysteresis controller - turning transistor switches on and off, depending on the magnitude of the currents in the phase windings.
В начале работы и при низких скоростях вращения роторов вентильно-индуторных ЭД для ограничения тока и развиваемого момента электрической машины осуществляется широтно-импульсное (ШИМ) регулирование токов в фазных обмотках.At the beginning of the work and at low speeds of rotation of the rotors of the valve-inductor ED to limit the current and the developed moment of the electric machine, pulse-width (PWM) current regulation in phase windings is carried out.
Под действием этого момента ротор начинает вращаться и через механическую передачу (при ее наличии) приводит в движение колеса или гусеницы транспортной или тяговой самоходной машины.Under the influence of this moment, the rotor begins to rotate and through a mechanical transmission (if any) drives the wheels or tracks of the transport or traction self-propelled machine.
Аналогичным образом по командам, поступающим на контроллер с пульта управления, осуществляется запуск ВОМ и рабочего оборудования машины.Similarly, according to the commands received by the controller from the control panel, the PTO and the working equipment of the machine are launched.
Вентилятор и насос системы охлаждения ДВС включаются контроллером автоматически в зависимости от выходных сигналов бортовых датчиков (угловой скорости ДВС, температуры охлаждающей жидкости и т.д.).The fan and pump of the internal combustion engine cooling system are automatically activated by the controller depending on the output signals of the on-board sensors (angular velocity of the internal combustion engine, coolant temperature, etc.).
При торможении самоходной машины и/или ее рабочего оборудования ЭД под управлением контроллера переходят в генераторный режим. Кинетическая энергия машины и/или рабочего оборудования, преобразованная в электрическую (энергия торможения), с ЭД через контроллер передается на силовые шины, что приводит к повышению напряжения на них и к передаче энергии торможения в бортовой источник электрической энергии (в АКБ или в ДВС). В случае необходимости в системе электрического привода устанавливается тормозной резистор, который под управлением соответствующего контроллера поглощает избыток энергии торможения, предотвращая превышение напряжения на силовых шинах.When braking a self-propelled machine and / or its working equipment, the EDs under the control of the controller go into generator mode. The kinetic energy of the machine and / or working equipment, converted into electrical energy (braking energy), is transferred from the ED through the controller to the power buses, which leads to an increase in voltage to them and to the transfer of braking energy to the on-board electric energy source (in the battery or in the internal combustion engine) . If necessary, a brake resistor is installed in the electric drive system, which, under the control of the appropriate controller, absorbs excess braking energy, preventing excess voltage on the power buses.
При прямолинейном движении самоходной машины необходимо обеспечить синхронность вращения роторов электродвигателей 2, 3. Поскольку их управление осуществляется от одного электронного коммутатора 8, процессор 7 должен обеспечить формирование сигналов управления транзисторными ключами 10 и тиристорами 11 из условия обеспечения синхронности вращения роторов этих ЭД.With the rectilinear movement of the self-propelled machine, it is necessary to ensure the synchronization of rotation of the rotors of
Возможен следующий вариант реализации алгоритма такого управления.The following embodiment of the algorithm for such control is possible.
После получения команды на движение машины процессор 7 на основании выходных сигналов датчиков положения роторов 12, 13 определяет тот ЭД (2 или 3) ротор которого нужно повернуть в направлении, соответствующем предстоящему направлению движения самоходной машины до достижения согласованного положения роторов. Например, ЭД 2 (см. фиг. 1)After receiving a command to move the machine, the
Далее процессор формирует сигналы включения тиристоров 11, соединенных с обмотками ЭД 2. При этом тиристоры, соединенными с фазными обмотками ЭД 3, остаются выключенными. Далее процессор 7 формирует сигналы управления транзисторными ключами 10 тех фаз ЭД 2, протекание тока по которым приводит к созданию крутящего момента и движению ротора ЭД 2 в нужном направлении. Это приводит к повороту ротора ЭД 2 в направлении, соответствующем уменьшению рассогласования положений роторов ЭД 2 и ЭД 3.Further, the processor generates the turn-on signals of the
После достижения их согласованного положения процессор 7 осуществляет включение всех тиристоров 11, выходные токи транзисторных ключей 10 начинают протекать по фазным обмоткам обоих ЭД 2, 3, тяговое усилие создается обоими ЭД и самоходная машина приходит в движение.After reaching their agreed position, the
При этом из-за различия нагрузок на ведущие колеса или гусеницы левого и правого борта машины, обусловленного уклонами и неровностями трассы движения и неоднородностью грунта, неидентичности характеристик ЭД и т.д., ротор одного из ЭД (2 или 3) начинает отставать относительно положения ротора другого ЭД.In this case, due to the difference in the loads on the drive wheels or tracks of the port side and the starboard side of the vehicle, due to slopes and unevenness of the driving path and soil heterogeneity, the identity of the ED characteristics, etc., the rotor of one of the EDs (2 or 3) starts to lag behind the position rotor of another ED.
Это отставание (запаздывание) выявляется процессором путем обработки сигналов датчиков положения ротора 12, 13. После этого процессор 7 переходит в режим управления транзисторными ключами 10 из условия их включения и отключения в моменты времени, при которых достигается более высокое значение крутящего момента отстающего ЭД. В этом случае моменты подачи напряжений на фазные обмотки опережающего ЭД отличаются от оптимальных. В результате этого крутящий момент отстающего ЭД, становится больше, чем опережающего, что приводит к восстановлению синхронности вращения роторов ЭД.This lag (lag) is detected by the processor by processing the signals of the
Информация о положении роторов ЭД представлена в цифровой форме. Поэтому для коммутации фазных обмоток процессор реализует алгоритм логического преобразования сигналов датчиков положения в сигналы управления драйверами транзисторных ключей и тиристоров, записанный в его Flash-памяти программ. Этот алгоритм может быть представлен, в частности, в виде математических формул или таблиц.Information on the position of the ED rotors is presented in digital form. Therefore, for switching phase windings, the processor implements an algorithm for the logical conversion of position sensor signals into driver control signals of transistor switches and thyristors, recorded in its Flash program memory. This algorithm can be represented, in particular, in the form of mathematical formulas or tables.
В процессе движения самоходной машины процессор 7 контролирует скорости и угловые положения роторов обоих ЭД и, в случае выявления рассогласования, автоматически переходит к формированию сигналов управления транзисторными ключами в те моменты времени, которые соответствуют более высокому значению крутящего момента отстающего ЭД. Это приводит к автоматическому восстановлению синхронности вращения роторов обоих ЭД.During the movement of the self-propelled machine, the
Для осуществления поворота самоходной машины процессор 7 отключает сигнал управления тиристорами 11 и соответственно, фазные обмотки ЭД отстающего борта. При этом электрический привод выходит из режима синхронного вращения ЭД.To implement the rotation of the self-propelled machine, the
В этом режиме возможно кратковременное включение тиристоров ЭД привода отстающего борта в моменты времени, соответствующие как двигательному, так и генераторному режиму его работы. Это приводит к соответствующему изменению радиуса поворота самоходной машины.In this mode, it is possible to briefly turn on the thyristors of the ED drive of the lagging board at time instants corresponding to both the motor and generator modes of its operation. This leads to a corresponding change in the radius of rotation of the self-propelled machine.
Другим возможным алгоритмом управления ЭД 2, 3 в режиме поворота самоходной машины является поочередное включение ЭД левого и правого борта, т.е. переключение ЭД путем изменения сигналов управления тиристорами и транзисторными ключами с установлением соотношения времени включения фазных обмоток каждого ЭД в соответствии с заданным радиусом поворота. При этом возможно дополнительное регулирование крутящего момента каждого ЭД путем изменения времени (угла) включения тиристоров 11.Another possible control algorithm for the
Управление ЭД в режиме торможения осуществляется аналогичным образом. Если при торможении необходимо обеспечить прямолинейное движение самоходной машины, то процессор 7 обеспечивает синхронизацию скоростей вращения и угловых положений роторов ЭД привода левого и правого бортов. В этом случае формирование сигналов управления транзисторными ключами и тиристорами осуществляется из условия увеличения тормозного момента того ЭД, ротор которого имеет наибольшую скорость вращения и/или наибольшее опережение углового положения относительно скорости вращения и углового положения ротора другого ЭД.ED control in braking mode is carried out in a similar way. If during braking it is necessary to ensure the rectilinear movement of the self-propelled machine, then the
Аналогичным образом контроллер 6 реализует управление ЭД привода рабочего оборудования, вентилятора и насоса системы охлаждения ДВС и т.д. Причем если к одному контроллеру подключены три или более ЭД, то процессор 7 путем обработки выходных сигналов датчиков положения их роторов определяет ЭД с наибольшим отставанием угла поворота и скорости вращения ротора и далее формирует сигналы управления ключами из условия увеличения крутящего момента отстающего ЭД, осуществляя синхронизацию вращения роторов всех ЭД.Similarly, the
Наиболее эффективные алгоритмы управления транзисторными ключами и тиристорами, в том числе в динамических режимах их работы, могут быть определены расчетным и экспериментальным путем и записаны в энергонезависимую память процессора 7.The most effective algorithms for controlling transistor switches and thyristors, including in dynamic modes of their operation, can be determined by calculation and experimentally and recorded in non-volatile memory of
Одновременно процессор 7 с помощью датчиков температуры, тока и напряжения осуществляет контроль параметров и режимов работы ЭД и силового электронного коммутатора 8 и реализует алгоритмы их защиты от аварийных режимов, в том числе от перегрева транзисторных ключей и тиристоров, перегрева фазных обмоток, а также защиту от перегрузок силовых транзисторных ключей и тиристоров по току и по напряжению. Алгоритмы защиты предусматривают отключение сигналов управления транзисторных ключей и тиристоров в случае, если величина контролируемого параметра превышает предварительно установленную максимально допустимую величину.At the same time, the
Для специалистов в данной области техники понятно, что кроме описанных вариантов самоходной машины с электрической системой привода возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.For specialists in this field of technology it is clear that in addition to the described options for a self-propelled machine with an electric drive system, other options for its implementation are also possible based on the characteristics set forth in the claims.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125214A RU2715820C1 (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Self-propelled machine with electrical drive system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125214A RU2715820C1 (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Self-propelled machine with electrical drive system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2715820C1 true RU2715820C1 (en) | 2020-03-03 |
Family
ID=69768295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125214A RU2715820C1 (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Self-propelled machine with electrical drive system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2715820C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU215449U1 (en) * | 2022-02-25 | 2022-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Челябинский тракторный завод-УРАЛТРАК" | TRACKED INDUSTRIAL TRACTOR WITH ELECTROMECHANICAL TRANSMISSION |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2179119C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод мощных тракторов | Crawler tractor electromechanical transmission |
US20070080236A1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Betz Michael D | Electric powertrain for work machine |
RU2547154C1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Track-laying tractor with electromechanical driveline |
CN106945528A (en) * | 2017-04-10 | 2017-07-14 | 汽-大众汽车有限公司 | A kind of high voltage power supply device |
CN109747439A (en) * | 2019-03-06 | 2019-05-14 | 广州大非机器人科技有限公司 | The dynamical system and its control method and electric car of stroke-increasing electric automobile |
-
2019
- 2019-08-07 RU RU2019125214A patent/RU2715820C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2179119C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод мощных тракторов | Crawler tractor electromechanical transmission |
US20070080236A1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Betz Michael D | Electric powertrain for work machine |
RU2547154C1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Track-laying tractor with electromechanical driveline |
CN106945528A (en) * | 2017-04-10 | 2017-07-14 | 汽-大众汽车有限公司 | A kind of high voltage power supply device |
CN109747439A (en) * | 2019-03-06 | 2019-05-14 | 广州大非机器人科技有限公司 | The dynamical system and its control method and electric car of stroke-increasing electric automobile |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU215449U1 (en) * | 2022-02-25 | 2022-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Челябинский тракторный завод-УРАЛТРАК" | TRACKED INDUSTRIAL TRACTOR WITH ELECTROMECHANICAL TRANSMISSION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3555567B2 (en) | Control device for rotating electric machine | |
CN105375844B (en) | The control equipment of rotating machinery | |
JP4240149B1 (en) | Motor drive device and hybrid drive device | |
US7202625B2 (en) | Multi-motor switched reluctance traction system | |
US5877601A (en) | Control system for electric vehicle and control method therefor in which an inverter relay is controlled at the time of its re-closing after being disconnected | |
CN108602515B (en) | Control system for vehicle | |
RU2540679C1 (en) | Self-moving working machine with electromechanical transmission | |
US20160211790A1 (en) | Inverter Device and Electric Vehicle | |
CN101395792A (en) | Diesel-electric drive system comprising a permanently excited synchronous generator | |
EP1981162A2 (en) | Controller of electric motor | |
US8188702B2 (en) | Rotating electrical machine control system and vehicle drive system | |
US11942875B2 (en) | Drive system | |
US6815920B2 (en) | Motor driver and system with phase-spaced redundancy | |
RU2648652C1 (en) | Electromechanical transmission of the machine with internal combustion engine | |
CA2819790A1 (en) | Switched reluctance motor torque estimation | |
US5436825A (en) | Electronic control circuit for the supply of ohmic-inductive loads by means of direct-current pulses | |
JP2010070050A (en) | Driving device for vehicle | |
KR101253474B1 (en) | Multi motor | |
RU2715820C1 (en) | Self-propelled machine with electrical drive system | |
US20200162005A1 (en) | Partial-load phase deactivation of polyphase electric machine | |
RU2726814C1 (en) | Self-propelled machine with electromechanical transmission and power takeoff system | |
RU2605957C1 (en) | Self-propelled vehicle electromechanical transmission | |
Liu et al. | Comparison of two electric braking methods with regenerative capability of brushless DC machine and their four-quadrant operation | |
JPH0646508A (en) | Drive system for electric automobile | |
JP5531238B2 (en) | Motor drive power supply |